Post on 20-Mar-2019
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Ada empat tipe konversi daya, atau dengan kata lain ada empat jenis
pemanfatan energi listrik yang berbeda-beda, lihat gambar 1. Pertama dari listrik
PLN 220 VAC melalui penyearah yang mengubah listrik AC menjadi listrik DC
yang dibebani motor DC. Kedua mobil dengan sumber akumulator 12 V dengan
inverter yang mengubah listrik DC menjadi listrik AC dengan tegangan AC 220 V
dan dibebani PC. Ketiga dari sumber PLN 220 V dengan AC konverter diubah
tegangannya menjadi 180 V untuk menyalakan lampu. Keempat dari sumber
Akumulator truk 24 V dengan DC konverter diubah tegangannya menjadi 12 V
untuk pesawat CB Transmitter.
1.1. Inverter
inverter termasuk rangkaian elektronika daya yang biasanya berfungsi
untuk melakukan konversi atau mengubah tegangan DC (searah) menjadi
tegangan AC (bolak-balik).Inverter Sebenarnya adalah kebalikan dari converter
atau yang lebih dikenal dengan adaptor yang memiliki fungsi mengubah tegangan
AC (bolak-balik) menjadi tegangan DC (searah).Seperti yang kita ketahui, saat ini
telah ada beberapa topologi inverter yang tersedia, dimulai dari jenis inverter yang
memiliki fungsi hanya dapat menghasilkan tegangan bolak balik saja atau push
pull inverter hingga dengan inverter dengan kemampuan hasil tegangan sinus
murni tanpa efek harmonisasi.
Page 1 of 35http://repository.unimus.ac.id
8
Gambar 2.1 Rangkaian Inverter 750 WATT
(Sumber: http://elektronikaunej.blogspot.com/2013/12/rangkaian-inverter-dc-12-
v-to-ac-220-v.html)
Inverter adalah juga perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah
tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent). Output
suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus (sine
wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi (sine wave
modified). Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, tenaga
surya, atau sumber tegangan DC yang lain. Inverter dalam proses konversi
tegangn DC menjadi tegangan AC membutuhkan suatu penaik tegangan berupa
step up transformer. Contoh rangkaian dasar inverter yang sederhana dapat dilihat
pada gambar berikut.
Page 2 of 35http://repository.unimus.ac.id
9
Gambar 2.2. Rangkaian Inverter Sederhana (Bambang Suriansyah,2014)
Berdasarkan jumlah fasa output inverter dapat dibedakan dalam :
1. Inverter 1 fasa, yaitu inverter dengan output 1 fasa.
2. Inferter 2 fasa, yaitu inverter dengan output 3 fasa.
Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangan-nya, yaitu :
1. Voltage Fed Inverter (VFI) yaitu inverter dengan tegangan input yang
diatur konstan
2. Current Fed Inverter (CFI) yaitu inverter dengan arus input yang diatur
konstan
3. Variable dc linked inverter yaitu inverter dengan tegangan input yang
dapat diatur
Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dapat dibedakan menjadi :
Page 3 of 35http://repository.unimus.ac.id
10
1. Sine wave inverter, yaitu inverter yang memiliki tegangan output dengan
bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapa memberikan supply
tegangan ke beban (Induktor) atau motor listrik dengan efisiensi daya yang
baik.
2. Sine wave modified inverter, yaitu inverter dengan tegangan output
berbentuk gelombang kotak yang dimodifikasi sehingga menyerupai
gelombang sinus. Inverter jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah
apabila digunakan untuk mensupplay beban induktor atau motor listrik.
3. Square wave inverter,yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang
kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan
kebeban induktif atau motor listri.
1.1.2. Fungsi inverter
Sesuai dengan pengertian inverter yang menyatakan inverter ini berfungsi
untuk mengubah tegangan DC (searah) menjadi tegangan AC (bolak-balik).
Dimana perubahan ini dilakukan untuk mengubah kecepatan motor bertegangan
AC dengan mengubah frekuensi outputnya saja. Jadi bisa dikatakan inverter ini
merupakan perangkat yang multifungsi, bahkan tak hanya diubah melainkan dapat
dikembalikan lagi.Inverter telah banyak digunakan pada bidang industri. Dimana
aplikasi inverter yang sudah terpasang akan diproses secara linear yakni parameter
yang dapat diubah-ubah. Linear disini yang dimaksud inverter ini memiliki bentuk
seperti grafik sinus, dll.Inverter juga memerlukan waktu yang cukup lama untuk
melakukan perputaran yang presisi.
Page 4 of 35http://repository.unimus.ac.id
11
1.1.3. Cara kerja inverter
Adapun Cara kerja inverter ini yaitu inverter dapat melakukan pengubahan
yakni mengubah input motor tenaga listrik AC menjadi tegangan listrik DC,
kemudian dipecah lagi menjadi AC dan frekuensi, sehingga motor listrikmuamg
digunakan dapat dikontrol sesuai kecepatan yang dikehendaki.Perlu anda ketahui
bahwa ada cukup banyak beberapa teknik yang kendali yang bisa digunakan untuk
menjaga inverter agar dapat menghasilkan sinyal sinusoidal. Cara yang sering
digunakan umum adalah cara dari modulasi lebar pulsa (PWM).
2.1.4.Prinsip Kerja Inverter
Gambar 2.3.Prinsip Kerja Inverter (Bambang Suriansyah,2014)
Page 5 of 35http://repository.unimus.ac.id
12
Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti
ditunjukkan pada diatas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan
mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup
adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah
kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa
(pulse width modulation – PWM) dalam proses conversi tegangan DC menjadi
tegangan AC.
Gambar 2.4. Inverter Setengah Gelombang (Bambang Suriansyah,2014)
Prinsip kerja dari inverter satu fasa dapat dijelaskan dengan gambar diatas. Ketika
transistor Q1 yang hidup untuk waktu T0/2, tegangan pada beban V0 sebesar
Vs/2. Jika transistor Q2 hanya hidup untuk T0/2, Vs/2 akan melewati beban. Q1
dan Q2 dirancang untuk bekerja saling bergantian. Pada gambar diatas juag
menunjukkan bentuk gelombang untuk tegangan keluaran dan arus transistor
dengan beban resistif. Inverter jenis ini membutuhkan dua sumber DC (sumber
tegangan DC simetris), dan ketika transistor off tegangan balik pada Vs menjadi
Vs/2, yaitu :
Page 6 of 35http://repository.unimus.ac.id
13
……………………………………………………………….(1)
………………………………………….(2)
Gambar 2.5. Inverter Gelombang Penuh (Bambang Suriansyah,2014)
Rangkaian dasar inverter gelombang penuh dan bentuk gelomba ng output dengan
beban resistif ditunjukkan pada gambar diatas. Ketika transistor Q1 dan Q2
bekerja (ON), tegangan Vs akan mengalir ke beban tetapi Q3 dan Q4 tidak
bekerja (OFF). Selanjutnya, transistor Q3 dan Q4 bekerja (ON) sedangkan Q1 dan
Q2 tidak bekerja (OFF), maka pada beban akan timbul tegangan –Vs.Hal-hal yang
harus diperhatikan dalam memilih inverter DC ke AC diantaranya adalah.(Fadhli
MR. 2010. Rancang Bangun Inverter 12v DC ke 220v AC dengan Frekwensi 50hz
dan Gelombang Keluaran Sinusoidal, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok.)
Page 7 of 35http://repository.unimus.ac.id
14
1. Kapasitas beban yang akan disupply oleh inverter dalam Watt, usahakan
memilih inverter yang beban kerjanya mendekati dengan beban yang
hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal.
2. Sumber tegangan input inverter yang akan digunakan, input DC 12 Volt
atau 24 Volt.
3. Bentuk gelombang output inverter, Sinewave ataupun square wave untuk
tegangan output AC inverter. Hal ini berkaitan dengan kesesuain dan
efisiensi inverter DC ke AC tersebut.
1.2. Aki
Aki atau Storage Battery adalah sebuah sel atau elemen sekunder dan
merupakan sumber arus listrik searah yang dapat mengubah energy kimia menjadi
energy listrik. Aki termasuk elemen elektrokimia yang dapat mempengaruhi zat
pereaksinya, sehingga disebut elemen sekunder. Kutub positif aki menggunakan
lempeng oksida dan kutub negatifnya menggunakan lempeng timbale sedangkan
larutan elektrolitnya adalah larutan asam sulfat.Ketika aki dipakai, terjadi reaksi
kimia yang mengakibatkan endapat pada anode (redquksi) dan katode (oksidasi).
Akibatnya, dalam waktu tertentu antara anode dan katode tidak ada beda
potensial, artinya aki menjadi kosong. Supaya aki dapat dipakai lagi, harus diisi
dengan cara mengalirkan arus listrik kea rah yang berlawanan dengan arus listrik
yang dikeluarkan aki itu. Ketika aki diisi akan terjadi pengumpululan muatan
listrik. Pengumpulan jumlah muatan listrik dinyatakan dalam ampere jam disebut
Page 8 of 35http://repository.unimus.ac.id
15
tenaga aki. Pada kenyataannya, pemakaian aki tidak dapat mengeluarkan seluruh
energy yang tersimpan aki itu. Oleh karenanya, aki mempunyai rendemen atau
efisiensi.
Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi
(umumnya energi listrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator
adalah baterai dan kapasitor. Pada umumnya di Indonesia, kata akumulator
(sebagai aki atau accu) hanya dimengerti sebagai "baterai" mobil. Sedangkan di
bahasa Inggris, kata akumulator dapat mengacu kepada baterai, kapasitor,
kompulsator, dll.
Pada mobil yang masih menggunakan teknologi lama, jenis Accu yang
banyak digunakan adalah jenis lead-acid (accu basah). Accu jenis ini
komponennya merupakan gabungan dari beberapa lempengan timbal (Pb) dan
lempengan oksida (PbO2), yang direndam dalam larutan elektrolit yang terdiri dari
35% asam sulfat (H2SO4) dan 65% air (H2O). Accu mobil pada umumnya
menyediakan tegangan sebesar 12 volt. Tegangan ini didapat dengan cara
menghubungkan enam sel galvanik. Accu tidak lagi bisa menyimpan arus listrik,
berarti Accu sudah mulai rusak (soak). Biasanya ditandai dengan bunyi klakson
yang melemah, lampu tidak terang, waktu starter mesin jadi lebih panjang, bahkan
tidak lagi bisa menggerakkan starter. secara “seri”. Setiap sel menyediakan 2,1
volt, jadi apabila di charge penuh, akan menghasilkan 2,1 volt x 6 sel = 12,6 volt.
Kondisi Accu, dapat diukur dengan suatu alat yang men-simulasikan besar
beban yang masih mampu diterima oleh accu, atau dengan cara sederhana dengan
Page 9 of 35http://repository.unimus.ac.id
16
menggunakan Battery Hydrometer. Cara penggunaan Hydrometer adalah dengan
mencelupkan ujung alat ini pada air Accu, kemudian menyedotnya.
Pada saat Accu disetrum (recharge), cairan elektrolit akan bereaksi dengan
material pada lempengan, dan merubah permukaannya menjadi lead sulphate.
Pada saat Accu digunakan (discharge), akan terjadi reaksi terbalik, yaitu lead
sulphate akan kembali berubah menjadi bentuk semula yaitu lead oxide dan lead.
Jika mobil digunakan, proses ini akan berulang terus menerus. Tetapi proses ini
tidaklah sempurna, karena ada deposit yang terbentuk. Semakin lama, lapisan
deposit Sulfat akan semakin tebal dan akan mengurangi performanya. Pada
ketebalan tertentu, deposit ini akan membuat accu tidak lagi bisa recharge, dan
accu harus diganti. (Zainal Abidin.2014. Penyedia daya cadangan menggunakan
inverter.skripsi. Teknik Elektro Politeknik Negeri Banjarmasin.Banjarmasin)
2.2.1. Fungsi Aki
Baterai atau aki pada mobil berfungsi untuk menyimpan energi listrik
dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan)
listik ke sistem starter, sistem pengapian, lampu-lampu dan komponen komponen
kelistrikan lainnya.Kotak aki Berfungsi sebagai rumah atau wadah dari komponen
aki yang terdiri atas cairan aki, pelat positif dan pelat negatif berikut
separatornya.Tutup aki Berada di atas, tutup aki berfungsi sebagai penutup lubang
pengisian air aki ke dalam wadahnya. Sehingga aki tidak mudah tumpah. Di aki
kering tertentu tidak ada komponen ini. Kalaupun ada tidak boleh dibuka.Lubang
ventilasi Untuk tipe konvensional ada di samping atas dan ada slangnya.
Berfungsi untuk memisahkan gas hydrogen dari asam sulfat serta sebagai saluran
Page 10 of 35http://repository.unimus.ac.id
17
penguapan air aki. Sedang tipe MF, gas hydrogen dikondisikan lagi menjadi
cairan sehingga tidak dibutuhkan lubang ventilasi.Pelat logam Terdiri dari pelat
positif dan negatif. Untuk pelat positif dibuat dari logam timbel preoksida (PbO2).
Sedangkan pelat negatif hanya dibuat dari logam timbel (Pb).Air aki: Dibuat dari
campuran air (H2O) dan asam sulfat (SO4).Separator Berada di antara pelat
positif dan negatif, separator bertugas untuk memisahkan atau menyekat pelat
positif dan negatif agar tidak saling bersinggungan yang dapat menimbulkan short
alias hubungan arus pendek.Sel Adalah ruangan dalam wadah bentuk kotak-kotak
yang berisi cairan aki, pelat positif dan negatif berikut seperatornya.Terminal aki
Keduanya berada di atas wadah, karena merupakan ujung dari rangkaian pelat-
pelat yang nantinya dihubungkan ke beban arus macam lampu dan lainnya.
Bagian ini terdiri dari terminal.
Gambar 2.6.Baterai (aki) (Sumber Zainal Abidin 2014)
1.2.2. Kontruksi Baterai
Didalam bateria mobil terdapat elektrolit asam sulfat, elektroda positif dan
negatif dalam bentuk plat. Plat plat tersebut dibuat dari timah atau berasal dari
timah. Karena itu baterai tipe ini sering disebut baterai timah, Ruangan
Page 11 of 35http://repository.unimus.ac.id
18
didalamnya dibagi menjadi beberapa sel (biasanya 6 sel, untuk baterai mobil) dan
didalam masing masing sel terdapat beberapa elemen yang terendam didalam
elektrolit.
Pada mobil banyak terdapat komponen-komponen kelistrikan yang
digerakkan oleh tenaga listrik. Diwaktu mesin mobil hidup komponen kelistrikan
tersebut dapat digerakkan oleh tenaga listrik yang berasal dari alternator dan
baterai (aki), akan tetapi pada saat mesin mobil sudah mati, tenaga listrik yang
berasal dari alternator sudah tidak digunakan lagi, dan hanya berasal dari baterai
saja. Contoh bentuk pemakaian energi listrik saat mesin mobil dalam kondisi off
(mati) adalah pada lampu parkir, lampu ruangan, indikator pada ruangan kemudi,
peralatan audio (tape recorder), peralatan pengaman dan lain-lain.
Jumlah tenaga listrik yang disimpan dalam baterai dapat digunakan
sebagai sumber tenaga listrik tergantung pada kapasitas baterai dalam satuan
amper jam (AH). Jika pada kotak baterai tertulis 12 volt 60 AH, berarti baterai
baterai tersebut mempunyai tegangan 12 volt dimana jika baterai tersebut
digunakan selama 1 jam dengan arus pemakaian 60 amper, maka kapasitas baterai
tersebut setelah 1 jam akan kosong (habis). Kapasitas baterai tersebut juga dapat
menjadi kosong setelah 2 jam jika arus pemakaian hanya 30 amper. Disini terlihat
bahwa lamanya pengosongan baterai ditentukan oleh besarnya pemakaian arus
listrik dari baterai tersebut. Semakin besar arus yang digunakan, maka akan
semakin cepat terjadi pengosongan baterai, dan sebaliknya, semakin kecil arus
yang digunakan, maka akan semakin lama pula baterai mengalami pengosongan.
Besarnya kapasitas baterai sangat ditentukan oleh luas permukaan plat atau
Page 12 of 35http://repository.unimus.ac.id
19
banyaknya plat baterai. Jadi dengan bertambahnya luas plat atau dengan
bertambahnya jumlah plat baterai maka kapasitas baterai juga akan
bertambah.Sedangkan tegangan accu ditentukan oleh jumlah daripada sel baterai,
dimana satu sel baterai biasanya dapat menghasilkan tegangan kira kira 2 sampai
2,1 volt. Tegangan listrik yang terbentuk sama dengan jumlah tegangan listrik
tiap-tiap sel. Jika baterai mempunyai enam sel, maka tegangan baterai standar
tersebut adalah 12 volt sampai 12,6 volt. Biasanya setiap sel baterai ditandai
dengan adanya satu lubang pada kotak accu bagian atas untuk mengisi elektrolit
aki.( Zainal Abidin.2014. Penyedia daya cadangan menggunakan inverter.skripsi.
Teknik Elektro Politeknik Negeri Banjarmasin.Banjarmasin.)
1.3. Trafo
Transformator atau transformer atau trafo adalah komponen electromagnet
yang dapat mengubah tarafo suatu tegangan AC ke taraf yang lain.berikut
beberapa jenis Transformator.
Step-UP
Gambar 2.7.lambang transformator step-up ( Sumber Indrianto Onki Nur,2013)
Page 13 of 35http://repository.unimus.ac.id
20
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih
banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik
tegangan.Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai
penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang
digunakan dalam transmisi jarak jauh.
Ciri-ciri Trafo step-up
1. Jumlah lilitan kumparan primer selalu lebih kecil dari jumlah lilitan
kumparan sekunder,(Np<Ns)
2. Tegangan primer selalu lebih kecil dari tegangan sekunder, (Vp < Vs)
3. Kuat arus primer selalu lebih besar dari kuat arus sekunder, (Ip> Is)
Gambar 2.8.Step-Down
Gambar 2.9.skema transformator step-down
Page 14 of 35http://repository.unimus.ac.id
21
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan
primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini
sangat mudah ditemui,terutamadalam adaptor AC-DC.Sesuai dengan fungsi
kegunaannya maka trafo terbagi kedalam beberapa jenis:
Trafo step up/down untuk menaikkan atau menurunkan tegangan.
Trafo adaptor untuk mengubah tegangan dari arus AC ke arus DC.
Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi magnetik.Tegangan masukan
bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya
semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini
menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua
daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.untuk mencari besar
tegangan, banyak lilitan:
……………………………………………………………………….. (3)
Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus
…………….(4)
Page 15 of 35http://repository.unimus.ac.id
22
Karena adanya kerugian pada transformator.Maka efisiensi transformator tidak
dapat mencapai 100%. (Indrianto Onki Nur, Rangkaian Inverter DC 12V To AC
220V 100 W, http://elektronikaunej.blogspot.com/2013/12/rangkaian-inverter-dc-
12-v-to-ac-220-v.html)
1.4. charger aki
battery charger adalah peranti yang digunakan untuk mengisi energy ke
dalam baterai (isi ulang) dengan memasukkan arus listrik melaluinya. Arus listrik
yang dimasukkan tergantung pada teknologi dan kapasitas baterai yang diisi ulang
tersebut. Contohnya, arus yang diterapkan pada baterai mobil 12 V akan sangat
berbeda dengan arus untuk baterai ponsel.
Gambar 2.10.Rangkaian Charger Aki(Sumber Zakizi, 2011)
Pada dasarnya rangkaian yang sa ya rancang diatas memiliki cara kerja yang
sangat sederhana, dimana rangkaian tersebut dirancang supaya tidak terjadi short
circuit atau hubungan pendek antara tegangan supply dengan batere yang akan di
charge. Memang benar jika ada salah seorang ingin mencoba untuk
mengghubungkan langsung antara supply dengan batere maka batere bisa
dipastikan akan terisi. Tetapi arus yang mengalir melalui batere yang dicharge
Page 16 of 35http://repository.unimus.ac.id
23
tidak bisa dikontrol serta jika batere sudah penuh maka batere tersebut akan rusak
atau soak jika tetap pada kondisi hubungan pendek.( Zakizi, 2011, Arus yang
Ideal untuk Charge/ Pengisian Aki http://zakizi.blogspot.com/2011/01/arus- yang
ideal-untuk-chargepengisian.html)
2.4.1. Prinsip kerja Charger Aki
Pada saat batere kosong kita pasang pada terminal pengisian, transistor Q1
akan langsung aktif dikarenakan arus akan mengalir melalui R1 dan akan memicu
basis transistor Q1. Pada kondisi ini arus yang akan mengisi batere sebagian besar
berasal dari kolektor Q1 yang terhubung langsung dengan terminal positif supply.
Kemudian selama proses pengisian berlangsung kenaikan tegangan pada batere
akan memperbesar arus yang mengalir pada basis Q2 melalui R5 10 Kohm, VR1
dan dioda D2. VR1 merupakan komponen yang digunakan sebagai kalibrasi awal
untuk menentukan posisi yang tepat dalam perencanaan proses switching
rangkaian. Untuk VR1 anda bisa menggunakan trimpot atau potensio sesuai
dengan selera anda. Pada awal pengisian, aturlah potensio pada posisi led
indicator D3 pada kondisi mati, serta arus yang mengalir masuk pada kolektor Q1
tidak terlalu besar dan tidak terlalu kecil.Jika batere sudah terisi penuh maka led
indicator secara otomatis akan menyala dikarenakan kenaikan tegangan pada
batere yang di charge akan menyebabkan kenaikan arus yang mengalir pada basis
transistor Q2 serta akan memutuskan siklus pengisian akibat transistor Q1
mengalami cut-off dikarenakan kekurangan arus basis. Mengapa pada kondisi
tersebut Q1 akan mengalami kekurangan arus basis hal ini dikarenakan hampir
semua arus yang mengalir pada R1 10 Kohm akan berpindah ke dioda D1 yang
Page 17 of 35http://repository.unimus.ac.id
24
secara logika terhubung langsung dengan ground akibat Q2 mengalami
jenuh.Daftar Komponen
1. Resistor : R1 (10 Kohm), R2 (680 ohm), R3 (100 Kohm), R5 (10 Kohm) dan
VR1 (Potensio / Trimpot = 100 Kohm)
2. Dioda : D1 & D2 ( IN4002) dan D3 (Led)
3. Transistor : Q1 dan Q2 (2N3904)
4. Catu daya 9 volt
1.4.2. Cara mencarger Aki dengan trafo
Rangkaian power suplai dengan trafo (transformator, transformer) masih
banyak diminati walau saat ini sudah dapat dibuat convertor dari tegangan tinggi
jaringan (220 VAC) ke tegangan rendah, misalnya 12 VDC, tanpa trafo. Salah
satu kelebihan power suplai dengan trafo adalah terisolasinya tegangan tinggi
dengan tegangan rendah, sehingga sangat aman. Tapi trafo ukurannya besar, berat
dan mahal harganya. Mungkin jika nantinya teknologi convertor tegangan tinggi
sudah sangat populer dan murah harganya, rangkaian dengan trafo akan menjadi
kuno. Beberapa perangkat elektronik seperti TV, charger: laptop, handphone, dll.
sudah tidak lagi menggunakan trafo sebagai power suplai dari jaringan
listrik.Untuk rangkaian menaikkan tegangan atau arus (voltage step up, current
step up) trafo belum ada yang menandingi.Pada artikel ini dibahas berbagai desain
Page 18 of 35http://repository.unimus.ac.id
25
power suplai, dari yang paling sederhana, hingga yang menggunakan stabilisasi
tegangan dengan IC. Dengan parameter-parameter yang dijelaskan secara singkat,
akan membantu anda mendesain power suplai sesuai kebutuhan anda.Skema
berikut ini memperlihatkan rangkain power suplai sederhana, kadang juga disebut
adaptor.
Gambar 2.11.Rangkaian Charger Aki (Sumber Zakizi, 2011)
Trafo (T) yang umum dijual dipasaran mempunyai tegangan input 110 VAC dan
220 VAC. Tegangan outputnya adalah 12 VAC dan 24 VAC. Untuk trafo kecil
tersedia dengan tegangan output 3, 6, 9, dan 12 VAC.Untuk rangkaian battery
charger (cas aki) 12 volt, dibutuhkan trafo dengan output 15 volt yang jarang
tersedia di pasaran tapi dapat dipesan. Arus yang dibutuhkan untuk mengisi aki
adalah 10% dari kapasitas aki. Maka untuk aki 50 AH dibutuhkan arus pengisian
5 ampere. Jangan menggunakan trafo dengan kapasitas arus pas-pasan, sebaiknya
menggunakan yang berkapasitas output 10 ampere untuk mengisi aki 50AH, agar
trafo tidak kepanasan. Dioda (D) mengubah arus bolak-balik (Alternating Current,
AC) menjadi arus searah (Direct Current, DC). Terlihat ada 4 buah dioda
Page 19 of 35http://repository.unimus.ac.id
26
membentuk jembatan, dan menjadi penyearah gelombang penuh. Bisa saja pada
rangkaian dipasang hanya 1 dioda, sehingga membentuk penyearah setengah
gelombang. Tapi berhubung harga trafo yang sangat mahal, akan lebih baik jika
seluruh potensi trafo dimanfaatkan, yaitu dengan memasang 4 buah dioda. Nomor
kode 1N4007 cukup populer di pasaran dengan spesifikasi tegangan terbalik
maximal 1000 V dan arus maju 1 A. Arus maju dioda 1N4007 dapat mencapai 30
A tapi hanya dalam waktu sangat singkat 8.3 milisekon. Untuk arus yang lebih
besar dari 0.5 ampere, biasanya tidak lagi menggunakan 1N4007, tapi
menggunakan kuprok (diode bridge) yaitu 4 buah dioda besar dalam satu wadah.
Jika arusnya besar kuprok membutuhkan pendingin (heatsink). Akan ada
kehilangan tegangan sebesar 0.6 volt pada dioda, jika diberi arus besar akan
terjadi kehilangan tegangan yang lebih besar yang dapat mencapai 1.3 volt. Maka
jika digunakan sebagai battery charger, dengan output trafo 15 volt, akan
menghasilkan tegangan keluaran dioda:
15 - 0.6 = 14.4 volt.....................................................................................(5)
Tegangan 14.4 volt sesuai dengan tegangan untuk mengisi aki basah.
Tapi untuk aki kering (dry cell) yang mempunyai tegangan pengisian 13.8 volt,
maka perlu ditambahkan lagi 1 buah dioda pada output agar tegangannya menjadi:
14.4 - 0.6 = 13.8 volt....................................................................................(6)
Beberapa gadget elektronik menggunakan 13,8 volt power suplai seperti
pemancar dan penerima radio komunikasi (transceiver). Beberapa baterai sel
kering membutuhkan tegangan pengisian 13,5 volt. Kondensor (C) berfungsi
meratakan tegangan dan menghilangkan tegangan tinggi pada output trafo yang
Page 20 of 35http://repository.unimus.ac.id
27
ditimbulkan oleh induksi medan magnet trafo. Tegangan tinggi pada output ini
tidak berbahaya tapi cukup membuat kaget jika tersentuh, karena arusnya lemah.
Tegangan tinggi pada output trafo ini dapat terbaca oleh multitester jika trafo
tidak diberi beban. Pada battery charger, tegangan tinggi pada output dapat
diserap oleh aki. Tegangan tinggi pada output akan menyebabkan suara dengung
(humming) dan gemuruh (brooming) jika power suplai digunakan untuk
menggerakkan amplifier, radio transmitter, dll. Bahkan beberapa perangkat
elektronik sensitif bisa rusak. Untuk itu perlu ditambahkan filter yang terdiri dari
resistor, dan kapasitor, atau menghubungkan negatif (-) output ke tanah (ground).
Biasanya ukuran kondensor adalah 47 sampai 1000 mikrofarad, bergantung pada
beban. Tegangan maximalnya dua kali diatas tegangan output yang diinginkan.
Untuk power supplai 12 volt maka tegangan maximum kondensor adalah 25 volt
Output VDC pada rangkaian diatas didapat pada titik (+) positif dan titik negatif (-
) jembatan dioda.Demi keamanan (safety) maka perlu ditambahkan sekring (F)
yang nilainya lebih kecil sedikit dari arus maximum output trafo. Pada trafo
dengan ampere besar dan mahal, juga dipasang sekring pada input trafo dengan
nilai sedikit lebih kecil dari maximum arus inputnya, agar melindungi trafo yang
mahal tersebut.Stabilisasi TeganganJika dibutuhkan tegangan yang lebih stabil
dan dengan voltase yang lebih rendah dari output dioda, maka dapat ditambahkan
rangkaian stabilisasi tegangan berikut ini:
Page 21 of 35http://repository.unimus.ac.id
28
Gambar:2.12.Skema dioda pada charger Aki (Sumber Zakizi, 2011)
Rangkaian ini juga diterapkan pada regulasi tegangan dengan cut off relay yang
dipakai untuk turbin angin.Input dihubungkan dengan output dioda. Resistor Rb
memberi suplai arus ke transistor (T). Nilai Rb adalah 220 ohm 2 watt. Resistor
ini menentukan arus maximum yang keluar dari transistor (T)Dioda zener (Dz)
menentukan tegangan output dari transistor. Untuk battery charger 14.4 volt, maka
Dz bernilai 15 volt 2 watt. Jika tegangan output Rb melebihi 15 volt maka zener
akan menghubung ke negatif, sehingga tegangan output Rb tidak akan melebihi
15 volt. Akan terjadi kehilangan tegangan sebesar 0.6 volt pada transistor, karena
itulah digunakan zener yang sedikit lebih tinggi tegangannya.Transistor (T) adalah
2N3055, arus yang dikeluarkan oleh transistor ini mencapai sekitar 1.5 ampere
dengan resistor basis 220 ohm. Transistor ini mampu bertahan hingga tegangan 60
volt dan daya 115 watt dan butuh pendingin (heatsink). Jika butuh arus yang lebih
besar maka dapat memparalel transistor ini.Trafo yang digunakan bisa dengan
output yang lebih tinggi, misal 24 volt, karena tegangan output transistor akan
ditentukan oleh tegangan zener.Kondensor (C2) untuk meratakan tegangan output
transistor. Sebenarnya nilainya akan bergantung pada beban. Tapi secara umum
nilai C2 sekitar 47 mikrofarad sudah memadai. Tegangan maximumnya sekitar 2
Page 22 of 35http://repository.unimus.ac.id
29
kali lipat tegangan output, maka untuk battery charger 14.4 volt, tegangan
maximum kondensor 25 volt sudah cukup aman.Resistor (R) berfungsi
mengamankan Transistor dari tegangan kejut yang ditimbulkan oleh beban
induksi, seperti: motor listrik, relay, solenoid, aktuator, dll. Nilainya 10 kiloohm.
Resistor ini bisa ditiadakan jika tidak pernah power suplai ini tidak pernah
menggerakkan beban induksi. Rangkaian stabilisasi tegangan dengan transistor
diatas dapat disederhanakan dengan menggunakan IC (Integrated Circuit) seri
78xx. Angka 78 pada IC tersebut menyatakan sebagai regulator tegangan positif,
dua angka terakhir menyatakan tegangan outputnya. Misal 7812, adalah regulator
tegangan positif dengan output 12 VDC. Lihat skema dibawah:
Gambar 2.13.Skema regulator tegangan positif dengan output 12 VDC (Sumber
Zakizi, 2011)
Rangkaiannya sangat ringkas, hanya 1 komponen yaitu IC tersebut saja. Ditambah
kondensor sebagai filter: C3 senilai 0.33 mikrofarad, dan C4 senilai 0.1
mikrofarad. Tapi regulator dengan IC kurang tangguh jika dibanding dengan
transistor. IC ini mampu bertahan hingga tegangan input 35-40 VDC. Rating
Page 23 of 35http://repository.unimus.ac.id
30
tegangan input adalah 23 volt dan arus output maximum 1 ampere untuk nomor
kode L7815A, dapat disuplai dengan trafo 24 volt. Pada beberapa desain, IC ini
mensuplai basis transistor 2N3055 sehingga didapat arus output yang lebih
besar.Penyesuaian TeganganDengan menggunakan dioda, tegangan output dari
stabilisator dengan transistor dapat disetel. Tegangan dioda yang stabil membuat
dioda disukai untuk menyesuaikan tegangan. Lihat skema stabilisasi tegangan
dengan transistor di bawah:
Gambar 2.14. skema stabilisasi tegangan dengan transisto(Sumber Zakizi, 2011)
Jika dioda dipasang diantara zener dan negatif, maka tegangan output transistor
akan naik. Perhatikan cara memasang dioda dan zener yang berbeda. Jika dioda
dipasang di basis transistor, maka tegangan output transistor akan turun.Dengan
cara yang sama dioda dapat digunakan untuk menyetel tegangan output IC 78xx.
Pemasangan dioda pada kaki ground IC akan menaikkan tegangan output IC.
Pemasanang dioda pada output IC akan menurunkan tegangan output IC.Dioda
yang biasa digunakan untuk penyesuaian tegangan adalah 1N4007 yang
Page 24 of 35http://repository.unimus.ac.id
31
mempunyai tegangan 0.6 volt. Dioda kristal seperti OA90 mempunyai tegangan
0.2 volt, juga disebut dioda germanium.(Zakizi, 2011,Arus yang Ideal untuk
Charge Pengisian Aki)
2.5 Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi
medan elektromagnetis. Jika sebuah penghantar dialiri oleh arus listrik, maka di
sekitar penghantar tersebut timbul medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan
oleh arus listrik tersebut selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis.
Dibawah ini adalah gambar bentuk Relay dan Simbol Relay yang sering
ditemukan di Rangkaian
Elektronika.(http://elektro.teknik.untagcirebon.ac.id/wpcontent/uploads/2017/04/
Modul-1-RelayKontaktor Sensor-Industri.pdf)
Gambar 2.15 Bentuk Relay dan Simbol Relay(Sumber
elektro.teknik.untagcirebon.ac.id)
Page 25 of 35http://repository.unimus.ac.id
32
2.5.1.Prinsip Kerja Relay
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring
Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian Relay :
Gambar 2.16.Struktur sederhana Relay(elektro.teknik.untagcirebon.ac.id)
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
Page 26 of 35http://repository.unimus.ac.id
33
1. Normally Close (NC yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu
berada di posisi CLOSE (tertutup)
2. Normally Open NO yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu
berada di posisi OPEN (terbuka)
Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi Iron Core yang dililit oleh sebuah
kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila
Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang
kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke
posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik
di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC)
akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik,
Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh
2.5.2.Tujuan pemakaian relay
Tapi dengan kemajuan jaman relay tidak lagi identik dengan perangkat mekanis
seperti di atas. Lalu apakah tujuan penggunaannya dalam rangkaian listrik atau
sirkuit elektronika ? Ada beberapa tujuan penggunaan relay dalam rangkaian
listrik maupun elektronika, yaitu Untuk pengendalian sebuah rangkaian Sebagai
pengontrol sistem tegangan tinggi tapi dengan tegangan rendah.Sebagai
pengontrol sistem arus tinggi dengan memakai arus yang rendah.Fungsi logika.
2.5.3.Jenis – jenis relay
Page 27 of 35http://repository.unimus.ac.id
34
Untuk memenuhi kebutuhan di dalam merangkai atau membuat sirkuit listrik dan
elektronika, beberapa produsen membuat / memproduksi berbagai macam / jenis
relay, namun secara sistem di bagi atas:
1. Electromagnetic Relays (EMRs) = Relay Elektomagnetik
Electromagnetic Relays (EMRs) terdiri dari kumparan / koil untuk menerima
sinyal tegangan tertentu, dengan satu set atau beberapa kontak yang terhubung
pada armature / tuas yang diaktifkan / digerakkan oleh kumparan energi untuk
membuka atau menutup sirkuit listrik sebagai hasil dari proses relay tersebut.
2. Solid-state Relays (SSRs)
Gambar 2.17.Solid State Relay(elektro.teknik.untagcirebon.ac.id)
Solid-state Relays (SSRs) menggunakan output semikonduktor bukan lagi kontak
secara mekanik untuk membuka dan menutup sirkuit. Perangkat output
optik digabungkan ke sumber cahaya LED di dalamnya. Relay dihidupkan dengan
energi LED ini, biasanya dengan tegangan DC power yang rendah.
2. Microprocessor Based Relays (berbasis mikroprosesor)
Mengunakan mikroprosesor untuk mekanisme switching. Umum digunakan
dalam pemantauan sistem proteksi power / daya.
Page 28 of 35http://repository.unimus.ac.id
35
2.5.3 Apa keuntungan penggunaan relay dan kerugian yang di dapat ?
1. Electromagnetic Relays (EMRs)
Sederhana dan mudah di pahami Tidak mahal Mudah diperbaiki secara teknik
2. Solid-state Relays (SSRs)
Tidak ada gerakan mekanis Secara proses lebih cepat dari EMR Tidak memicu
antara kontak, sebagai kontak mandiri.
3. Microprocessor-based
Presisi yang jauh lebih tinggi dan lebih handal dan serta tahan lama.Meningkatkan
keandalan dan kualitas daya sistem tenaga listrik sebelum, selama dan setelah
kesalahan terjadi.Mampu bekerja baik dengan digital maupun analog I /O Harga
yang lebih mahal
Mengapa sebuah sistem membutuhkan perlindungan / pengamanan / proteksi?
Agar tidak ada fault free pada sistem Hal ini tidak praktis dan tidak ekonomis
untuk membuat sebuah ‘fault free’ pada sistem Sistem kelistrikan akan mentolerir
tingkat kesalahan tertentu.Biasanya kesalahan disebabkan oleh kerusakan isolasi
karena berbagai alasan: usia sistem, pencahayaan, dll.Kesalahan yang terjadi pada
rangkaian listrik / elektrik kebanyakan adalah Karena phase-to-ground faults,
kesalahan hubungan antara phase listrik ke grounding.Kesalahan phase-to-phase,
kesalahan antar phase.Kesalahan phase-phase-phase, juga kesalahan antar phase
dan Kesalahan double-phase-to-ground, antara dua phase ke
grounding.Keuntungan menggunakan relay sebagai pelindung
rangkaianMendeteksi kegagalan sistem, di saat hal itu terjadi relay akan
mengisolasi bagian yang terjadi kesalahan dari semua sistem.Mengurangi dampak
Page 29 of 35http://repository.unimus.ac.id
36
kegagalan setelah hal itu terjadi meminimalkan resiko kebakaran, bahaya bagi
sistem tegangan tinggi dan lainnya.Perbandingan pemakaian relay dengan alat
serupa
1. Perbandingan penggunaan relay sebagai pengaman rangkaian / sirkuit dengan
circuit breaker (CB)Relay : adalah seperti otak memutus dan menyambung sirkuit
seperti otot manusia, membuat keputusan berdasarkan pengaturan, mengirimkan
sinyal ke circuit breaker. Berdasarkan pengiriman sinyal pemutus sirkuit akan
membuka / menutup.
2. Perbandingan penggunaan relay sebagai pengaman rangkaian / sirkuit dengan
fuse / sekeringRelay : memiliki pengaturan yang berbeda dan dapat diatur
berdasarkan kebutuhan keamanan, dapat di reset.Fuse hanya memiliki satu
karakteristik yang spesifik untuk satu jenis.Fuse tidak dapat di reset tetapi diganti
jika mereka putus.Skema perlindungan / pengamanan / proteksi menggunakan
relay di butuhkan pada beberapa hal seperti berikut:
1. Motor Protection
a. Motor Protection Timed Overload
Timed Overload. Motor terus beroperasi di atas nilai akan menyebabkan
kerusakan termal motor.
b. Thermal Overload Relays
Page 30 of 35http://repository.unimus.ac.id
37
Gambar 2.18.Thernal Overload (elektro.teknik.untagcirebon.ac.id)
Menggunakan strip bimetal untuk membuka / menutup kontak ketika suhu
melebihi / turun ke tingkat tertentu.Memerlukan waktu reaksi tertentu.Waktu
inverse / hubungan saat.
c. Plunger-type relays
Gambar 2.19.Plunger Reaksi yang cepat(elektro.teknik.untagcirebon.ac.id)
Menggunakan timer untuk waktu tunda / delay.Waktu inverse / hubungan sesaat.
d. Induction-type relays
Page 31 of 35http://repository.unimus.ac.id
38
Gambar 2.20.Induction(elektro.teknik.untagcirebon.ac.id)
Paling sering digunakan saat daya AC naik dengan tiba tiba.Merubah waktu untuk
mengatur waktu delay.
e. Motor Protection Stalling
Ini terjadi ketika sirkuit motor energize, tapi rotor motor tidak berputar. Hal ini
juga disebut rotor terkunci.Efek : ini akan menghasilkan arus yang berlebihan
mengalir yang tetap mengalir. Hal ini akan menyebabkan kerusakan termal untuk
kumparan motor dan isolasi.Sejenis relay yang digunakan untuk motor timed
overload protection yang berlebihan dapat digunakan untuk pelindung motor.
f. Motor Protection Single Phase and Phase Unbalance
Page 32 of 35http://repository.unimus.ac.id
39
Gambar 2.21.Motor Protection Single Phase and Phase Unbalance
Single Phase : Motor tiga phase saat hilangnya salah satu dari tiga fase dari sistem
distribusi listrik.Phase unbalance : Dalam sistem yang seimbang antar tiga
tegangan line-netral sama besarnya dan pembagian 120 derajat tiap phase satu
dengan lain. Jika tidak, sistem ini tidak seimbang. Motor Protection yang lain
Instantaneous Overcurrent. Differential Relays.Undervoltage. Electromagnetic
Relays.Ground Fault. Differential Relays Transformer Protection.
2. Transformer ProtectionThermal overload relays
a. Gas and Temperature Monitoring
Gas Monitoring Cara kerjanya ini akan mendeteksi setiap jumlah gas di dalam
trafo. Sejumlah kecil gas akan menyebabkan ledakan transformator.
Temperature Monitoring Jenis ini digunakan untuk memonitor suhu kumparan
dari transformator dan mencegah overheating.
Page 33 of 35http://repository.unimus.ac.id
40
b. Differential and Ground Fault Protection
Gambar 2.22.Differential and Ground Fault Protection
Ground Fault. Untuk koneksi Wye, kesalahan grounding dapat di deteksi dari
kawat netral terbumi.
3. Generator Protection
Differential and Ground Fault Protection.Phase unbalance.
Page 34 of 35http://repository.unimus.ac.id
41
Gambar 2.23.Generator Protection(elektro.teknik.untagcirebon.ac.id)
Arah rotasi dari urutan negatif adalah berlawanan dengan apa yang diperoleh
ketika urutan positif diterapkan.
Gambar 2.24.Negative sequence unbalance
Negative sequence unbalance factor = V-/ V + atau I-/ I + Negatif Relay akan
terus mengukur dan membandingkan besarnya dan arah arus.Relay mengontrol
output sirkuit untuk daya yang lebih tinggi.Keselamatan akan meningkatSebagai
proteksi / pelindung sangat penting untuk menjaga kesalahan dalam sistem di
isolasi dan menjaga peralatan agar tidak rusak.
Page 35 of 35http://repository.unimus.ac.id